JP2004243034A - 光波断層画像測定用臨床カプセル - Google Patents
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Abstract
【課題】カプセル型内視鏡と光波断層画像測定装置とを組み合わせて、組織表面の画像のみでなく組織内部の断層画像を確実に測定可能とする小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルを提供する。
【解決手段】カプセルカバー３７内に小型ミロー干渉系３１を用いた光波断層画像測定装置とカプセル型内視鏡とを実装し、生体組織表面３７−１の画像のみでなく生体組織内部の断層画像を測定可能とする。
【選択図】 図４
【解決手段】カプセルカバー３７内に小型ミロー干渉系３１を用いた光波断層画像測定装置とカプセル型内視鏡とを実装し、生体組織表面３７−１の画像のみでなく生体組織内部の断層画像を測定可能とする。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波断層画像測定用臨床カプセルに係り、特に、小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような光波断層画像測定装置及びその臨床カプセルに関する先行技術としては、以下に開示するようなものがあった。
【０００３】
現在、無侵襲性と数十ミクロンの高い空間分解能から光波断層画像測定法（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＯＣＴ）が、活発に研究され、眼科の分野ではすでに実用化されている。また、他の臨床分野でも実用化を目指して研究が進められている。例えば、消化器系では、内視鏡との融合が進められており、既存の内視鏡のチャンネルにＯＣＴの光プローブを挿入し、内視鏡の到達する範囲の消化器臓器内面の表面付近における断層画像の測定がすでに報告されている（下記非特許文献１、２参照）。
【０００４】
一方、最近では、小型のイメージセンサ、画像信号送信回路、磁界を用いた給電回路、外部磁界を用いた姿勢制御システムを一体化させたカプセル型内視鏡がすでに実用化の域に達している。これは、患者がこのカプセルを飲用すると、消化器臓器内面の観察が実時間で可能であり、また、外部操作によりカプセルの姿勢制御やカプセルからの薬剤の投与も可能であり、磁界を用いた体外からの給電により電力の消耗を心配する必要もない、画期的なものである（下記非特許文献３参照）。
【０００５】
特に、下記非特許文献３には、以下のような体内に入るマイクロロボット潜水艇として、以下に示すようなものが開示されている。
【０００６】
図６はかかる従来の体内に入るカプセル型内視鏡〔マイクロロボット潜水艇〕（その１）、図７は従来の体内に入るカプセル型内視鏡〔マイクロロボット潜水艇〕（その２）の模式図である。
【０００７】
図６において、カプセルカバー（オプティカルドーム）１０１内に、レンズ１０２、照明用ＬＥＤ１０３、ＣＭＯＳ撮像部１０４、電池１０５、送信機１０６、アンテナ１０７が配置されている。なお、このカプセルのサイズは直径１１ｍｍ、長さ２７ｍｍである（Ｍ２Ａ ギブンイメージ社）。
【０００８】
図７において、カプセルカバー２０１内に、タンクＡ（採取生検）２０２、タンクＡ用バルブ２０３、タンクＢ（薬液投与）２０４、タンクＢ用バルブ２０５、姿勢制御ローターコイル２０６、電力受磁コイル２０７、蓄電コンデンサ２０８、マイクロ波ビデオトランスミッタ２０９、レンズ２１０、ピント調整マグネットコイル２１１が配置されている。なお、このカプセルのサイズは直径９ｍｍ、長さ２３ｍｍである。（ＮＯＲＩＫＡν３）。
【０００９】
【非特許文献１】
佐藤学、丹野直弘：「光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）の展開」、第２９回光波センシング技術研究会、講演論文集、応用物理学会・光波センシング技術研究会、ＬＳＴ２９−１６、２００２．６．５
【非特許文献２】
Ａｎｄｒｅｗ Ｍ．Ｒｏｌｉｎｓ，Ｒｕｊｃｈａｉ Ｕｎｇ−ａｒｕｎｙａｗｅｅ，Ａｍｉｔａｂｈ Ｃｈａｋ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｃ．Ｋ．Ｗｏｎｇ，Ｋｅｎｊｉ Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，ａｎｄ Ｍｉｃｈｅａｌ Ｖ．Ｓｉｖａｋ，Ｊｒ．Ｊｏｓｅｐｈ Ａ．Ｉｚａｔｔ，“Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｉｎ ｖｉｖｏ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ ｕｌｔｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ ａ ｎｏｖｅｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ”，ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１９，Ｏｃｔｏｂｅｒ １，１９９９
【非特許文献３】
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｆｎｏｒｉｋａ．ｃｏｍ ／ｉｎｄｅｘ２．ｈｔｍｌ ２００２／１０／３０
【非特許文献４】
Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｃ．Ｃｈｉｍ ａｎｄ Ｇ．Ｓ．Ｋｉｎｏ，“Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”，ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．１０，Ｍａｙ １５，１９９０
【非特許文献５】
Ａｒｎａｕｄ Ｄｕｂｏｉｓ，Ｌａｕｒｅｎｔ Ｖａｂｒｅ，Ａｌｂｅｒｔ−Ｃｌａｕｄｅ Ｂｏｃｃａｒａ，ａｎｄ Ｅｍｍａｎｕｅｌ Ｂｅａｕｒｅｐａｉｒｅ，“Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｕｌｌ−ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ ａ Ｌｉｎｎｉｋ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”，ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４，１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００２
【非特許文献６】
Ｍｉｃｈａｅｌ Ｂａｓｓ，Ｅｒｉｃ Ｗ．Ｖａｎ Ｓｔｒｙｌａｎｄ，Ｄａｖｉｄ Ｒ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｗｉｌｌｉａｍ Ｌ．Ｗｏｌｆｅ，“ＨＡＮＤＢＯＯＫ ＯＦ ＯＰＴＩＣＳ”，３０．１６−３０．２１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のカプセル型内視鏡では、組織表面のみの観察に限られ、組織内部の断層画像が十分には測定できないといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記状況に鑑みて、カプセル型内視鏡と光波断層画像測定装置とを組み合わせて、組織表面の画像のみでなく組織内部の断層画像を確実に測定可能とする小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、カプセルカバー内に小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定装置とカプセル型内視鏡とを実装し、生体組織表面の画像のみでなく生体組織内部の断層画像も測定可能とすることを特徴とする。
【００１３】
〔２〕上記〔１〕記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記小型ミロー干渉系は、コリメートされた入射光を得る手段と、曲面と平面を有する第１のレンズとこの第１のレンズの平面側に配置されるハーフミラーとこのハーフミラー側に平面を有する曲面と平面を有する第２のレンズとからなる対物レンズと、この第２のレンズに対向する試料と、この試料と前記ハーフミラーを挟んで反対側の位置に前記第１のレンズに対向する微小ミラーとを具備し、前記入射光は、前記ハーフミラーで部分的に反射され、透過光は前記試料に照射され、前記試料からの反射光は信号光となり第２のレンズへ戻り、一方、前記ハーフミラーの反射光は前記微小ミラーにフォーカスされ、反射されて再度第１のレンズへ向かい、参照光となり、前記信号光と参照光は前記ハーフミラーで合波され出射方向へ戻るように構成したことを特徴とする。
【００１４】
〔３〕上記〔２〕記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記ハーフミラーに調整用コイルを備え、この調整用コイルの電流を変調して、前記微小ミラーとハーフミラー間距離を変化可能にすることを特徴とする。
【００１５】
〔４〕上記〔１〕記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記内視鏡の光源に近赤外領域低コヒーレンス光源および可視域の光源を具備することを特徴とする。
【００１６】
〔５〕上記〔４〕記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記内視鏡の光源に近赤外領域低コヒーレンス光源を用いてイメージセンサで生体組織を透過させ生体組織内部の観察を行うことを特徴とする。
【００１７】
〔６〕上記〔４〕記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記内視鏡の光源に可視域の光源を用いてイメージセンサにより生体組織の表面観察を行うことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
まず、本発明の新しい小型ミロー干渉系について説明する。
【００２０】
図８には従来のミロー干渉系（非特許文献４参照）が示されている。
【００２１】
この図に示すように、平行にコリメートされた光波３０１は対物レンズ３０２でフォーカスされてハーフミラー３０４に入射し、信号光になる。ハーフミラー３０４での透過光は物体表面３０５で反射して逆行し、再びハーフミラー３０４に達する。また、ハーフミラー３０４での反射光は、フォーカスされて対物レンズ３０２の表面にある微小なミラー３０３で反射して、再度ハーフミラー３０４に向かい、参照光となる。信号光と参照光はハーフミラー３０４で合波され光源へ戻る。
【００２２】
このとき、ミラー３０３とハーフミラー３０４間距離Ｌ１ が、ハーフミラー３０４と物体表面３０５の距離Ｌ２ に光源のコヒーレンス距離以内で等しいときに、２つの光は干渉する。これがミロー干渉系であり、実際に非特許文献５で報告されているように、位相シフト法（非特許文献６参照）を用いて、生体試料の断層画像測定に用いられている。
【００２３】
これに対して、本発明では、改良小型ミロー干渉系を用いる。
【００２４】
図１は本発明の実施例を示す小型ミロー干渉系の構成図である。
【００２５】
この図において、入射光１は、対物レンズに向かう。対物レンズは曲面と平面を有する第１のレンズ５とハーフミラー４と平面と曲面とからなる第２のレンズ６で構成されている。入射光１は、ハーフミラー４で部分的に反射され、透過光は試料７に照射され、その試料７からの反射光は信号光となり第２のレンズ６へ戻る。
【００２６】
一方、ハーフミラー４からの反射光はある平面２上にある微小ミラー３にフォーカスされ、反射されて再度第１のレンズ５へ向かい、参照光となる。信号光と参照光はハーフミラー４で合波され出射方向へ戻る。このとき、微小ミラー３と第１のレンズ５間の光学距離Ｌ１ ′が、ハーフミラー４と試料７間の光学距離Ｌ２ ′に光源のコヒーレンス距離以内で等しいときに、２つの光は干渉する。実際には、試料７と対物レンズとの距離は長い方が実用上大変便利であることは、試料７が対物レンズにぶつからない、凹凸のある物体も観察できるなどの点からも自明である。
【００２７】
このように、図８と図１を比べると明らかに、従来のミロー干渉系では、作動距離は焦点距離の半分であるが、本発明のミロー干渉系では、作動距離＝焦点距離であり、２倍に長くなることが分かる。
【００２８】
次に、本発明の実施例を示す小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルシステムについて説明する。
【００２９】
図２は本発明の実施例を示す小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルシステムの構成図である。
【００３０】
この図において、ＯＣＴ用の近赤外領域低コヒーレンス光源１２（例えばＬＥＤ）からの光は、レンズ１３でコリメートされ、プリズム１４で直角に進路を変えて、ビームスプリッター１５に向かう。ビームスプリッター１５の入射面の対面には光吸収の黒色物質１６が塗布されており、反射光が結像系に行くのを防ぐ。ビームスプリッター１５での反射光は対物レンズに向かう。
【００３１】
対物レンズは曲面と平面を有する第１のレンズ１９とハーフミラー２１と平面と曲面とを有する第２のレンズ２０とで構成されている。入射光は、ハーフミラー２１で部分的に反射され、透過光は試料２５に照射され、試料２５からの反射光は信号光となり第２のレンズ２０へ戻る。
【００３２】
一方、ハーフミラー２１からの反射光はビームスプリッター１５の平面上にある微小ミラー１８にフォーカスされ、反射されて再度第１のレンズ１９へ向かい参照光となる。信号光と参照光はハーフミラー２１で合波され、ビームスプリッター１５へ戻る。このとき、微小ミラー１８とハーフミラー２１間の光学距離が、ハーフミラー２１と試料２５の反射点または散乱点間の光学距離に光源１２のコヒーレンス距離以内で等しいときに、２つの光は干渉する。
【００３３】
２つの光波は結像レンズ２６で結像され、イメージセンサ２７で画像計測される。画像計測された画像データから、上記非特許文献５に述べられている位相シフト法を用いて、図３に示すような、試料の断層画像２５−１〔上記非特許文献２、図２では２５−１として表示〕が得られる。
【００３４】
ＯＣＴ測定には、生体組織への透過性から近赤外領域の光源１２が用いられるが、通常の表面測定には可視域の光源１１を用いる。これにより、生体組織の表面観察は、可視域の光源１１とイメージセンサ２７を用いることで可能となり、断層画像測定は近赤外域の光源１２とイメージセンサ２７、そして位相シフト法を用いることにより可能となる。
【００３５】
位相シフト法は、信号光路と参照光路の光路長を微妙に変化させて、２，３枚の画像を撮像して測定し、数値処理により断層画像を得る技術であるが、ここではその微妙な波長オーダーの変位を固定された磁石２２と調整用コイル２３、支持用ダンパ２４で行う。すなわち、調整用コイル２３の電流を変調して、微小ミラー１８とハーフミラー２１間距離を変化させるのである。また、表面観察時のピント合わせは調整用コイル２３の電流を制御して行う。
【００３６】
上記した本発明の光波断層画像測定装置に使用する光学部品は、特殊なものは一切必要としておらず、サイズ的にも１，２ミリのものが十分可能であり、全体の小型化が可能である。
【００３７】
次に、上記した改良小型ミロー干渉系を小型カプセルに組み込んだ新型カプセルについて説明する。
【００３８】
図４は本発明の実施例を示す改良小型ミロー干渉系を実装するカプセルの模式図である。
【００３９】
新型カプセルは、カプセルカバー３７内に、改良小型ミロー干渉系３１、画像信号処理部３２、給電部３３、信号送受信部３４、姿勢制御コイル３５、電力給電・アンテナコイル３６を配置しており、非特許文献３のように、薬品投与の機構を付加することも可能である。作動距離が長くとれるので、このような構成で十分、組織表面３７−１付近の断層画像の測定が可能である。
【００４０】
最後に、これを用いた全体の光波断層画像測定システムの説明を行う。
【００４１】
図５は本発明の実施例を示す全体の光波断層画像測定システムの模式図である。
【００４２】
平行磁界は、２つのコイルを平行に置き、電流を通すことによって得られることは一般的に知られている。従って、この図において、２つのコイル４２と４３、４４と４５、４６と４７の３組を流れる電流を制御装置４８、コンピュータ４９で制御して、中心に位置する人体４１での磁界を３次元的に制御する。
【００４３】
また、これらコイル４２〜４７をアンテナとして用いることによって、非特許文献３に開示されているような、人体４１内部でのカプセルの姿勢制御、画像・情報の送受信を行うことができる。よって、体外でコントローラ５０のレバー５１を操作しカプセルを制御して観察したい部位を探して、ボタン５２を押すとその部位のさらに奥の断層画像が測定できることになる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、カプセル型内視鏡と光波断層画像測定装置とを組み合わせて、組織表面の画像のみでなく組織内部の断層画像を測定可能とする小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルを提供することができる。
【００４６】
そして、本発明の小型化された高精度の小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルを用いれば、消化器系などの体内臓器の表面付近での癌の早期診断・治療に役立つなど、医学分野での貢献やその波及効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す小型ミロー干渉系の構成図である。
【図２】本発明の実施例を示す小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルシステムの構成図である。
【図３】本発明の光波断層画像測定装置を用いて撮像した通常の人の結腸の光波断層画像を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す改良小型ミロー干渉系を実装するカプセルの模式図である。
【図５】本発明の実施例を示す全体の光波断層画像測定システムの模式図である。
【図６】従来の体内に入るカプセル型内視鏡〔マイクロロボット潜水艇〕（その１）の模式図である。
【図７】従来の体内に入るカプセル型内視鏡〔マイクロロボット潜水艇〕（その２）の模式図である。
【図８】従来のミロー干渉系の模式図である。
【符号の説明】
１ 入射光
２ 平面
３，１８ 微小ミラー
４，２１ ハーフミラー
５，６，１３，１９，２０ レンズ
７，２５ 試料
１１ 可視域の光源
１２ ＯＣＴ用の近赤外領域低コヒーレンス光源（例えばＬＥＤ）
１４ プリズム
１５ ビームスプリッター
１６ 光吸収の黒色物質
２２ 固定された磁石
２３ 調整用コイル
２４ 支持用ダンパ
２５−１ 試料の断層画像
２６ 結像レンズ
２７ イメージセンサ
３１ 改良小型ミロー干渉系
３２ 画像信号処理部
３３ 給電部
３４ 信号送受信部
３５ 姿勢制御コイル
３６ 電力給電・アンテナコイル
３７ カプセルカバー
３７−１ 組織表面
４１ 人体
４２，４３：４４，４５：４６，４７ コイル
４８ 制御装置
４９ コンピュータ
５０ コントローラ
５１ レバー
５２ ボタン
【発明の属する技術分野】
本発明は、光波断層画像測定用臨床カプセルに係り、特に、小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、このような光波断層画像測定装置及びその臨床カプセルに関する先行技術としては、以下に開示するようなものがあった。
【０００３】
現在、無侵襲性と数十ミクロンの高い空間分解能から光波断層画像測定法（Ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＯＣＴ）が、活発に研究され、眼科の分野ではすでに実用化されている。また、他の臨床分野でも実用化を目指して研究が進められている。例えば、消化器系では、内視鏡との融合が進められており、既存の内視鏡のチャンネルにＯＣＴの光プローブを挿入し、内視鏡の到達する範囲の消化器臓器内面の表面付近における断層画像の測定がすでに報告されている（下記非特許文献１、２参照）。
【０００４】
一方、最近では、小型のイメージセンサ、画像信号送信回路、磁界を用いた給電回路、外部磁界を用いた姿勢制御システムを一体化させたカプセル型内視鏡がすでに実用化の域に達している。これは、患者がこのカプセルを飲用すると、消化器臓器内面の観察が実時間で可能であり、また、外部操作によりカプセルの姿勢制御やカプセルからの薬剤の投与も可能であり、磁界を用いた体外からの給電により電力の消耗を心配する必要もない、画期的なものである（下記非特許文献３参照）。
【０００５】
特に、下記非特許文献３には、以下のような体内に入るマイクロロボット潜水艇として、以下に示すようなものが開示されている。
【０００６】
図６はかかる従来の体内に入るカプセル型内視鏡〔マイクロロボット潜水艇〕（その１）、図７は従来の体内に入るカプセル型内視鏡〔マイクロロボット潜水艇〕（その２）の模式図である。
【０００７】
図６において、カプセルカバー（オプティカルドーム）１０１内に、レンズ１０２、照明用ＬＥＤ１０３、ＣＭＯＳ撮像部１０４、電池１０５、送信機１０６、アンテナ１０７が配置されている。なお、このカプセルのサイズは直径１１ｍｍ、長さ２７ｍｍである（Ｍ２Ａ ギブンイメージ社）。
【０００８】
図７において、カプセルカバー２０１内に、タンクＡ（採取生検）２０２、タンクＡ用バルブ２０３、タンクＢ（薬液投与）２０４、タンクＢ用バルブ２０５、姿勢制御ローターコイル２０６、電力受磁コイル２０７、蓄電コンデンサ２０８、マイクロ波ビデオトランスミッタ２０９、レンズ２１０、ピント調整マグネットコイル２１１が配置されている。なお、このカプセルのサイズは直径９ｍｍ、長さ２３ｍｍである。（ＮＯＲＩＫＡν３）。
【０００９】
【非特許文献１】
佐藤学、丹野直弘：「光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ）の展開」、第２９回光波センシング技術研究会、講演論文集、応用物理学会・光波センシング技術研究会、ＬＳＴ２９−１６、２００２．６．５
【非特許文献２】
Ａｎｄｒｅｗ Ｍ．Ｒｏｌｉｎｓ，Ｒｕｊｃｈａｉ Ｕｎｇ−ａｒｕｎｙａｗｅｅ，Ａｍｉｔａｂｈ Ｃｈａｋ，Ｒｉｃｈａｒｄ Ｃ．Ｋ．Ｗｏｎｇ，Ｋｅｎｊｉ Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，ａｎｄ Ｍｉｃｈｅａｌ Ｖ．Ｓｉｖａｋ，Ｊｒ．Ｊｏｓｅｐｈ Ａ．Ｉｚａｔｔ，“Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ ｉｎ ｖｉｖｏ ｉｍａｇｉｎｇ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌ ｕｌｔｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｅｎｄｏｓｃｏｐｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ ａ ｎｏｖｅｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ ｄｅｓｉｇｎ”，ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．１９，Ｏｃｔｏｂｅｒ １，１９９９
【非特許文献３】
ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｆｎｏｒｉｋａ．ｃｏｍ ／ｉｎｄｅｘ２．ｈｔｍｌ ２００２／１０／３０
【非特許文献４】
Ｓｔａｎｌｅｙ Ｓ．Ｃ．Ｃｈｉｍ ａｎｄ Ｇ．Ｓ．Ｋｉｎｏ，“Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”，ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．１０，Ｍａｙ １５，１９９０
【非特許文献５】
Ａｒｎａｕｄ Ｄｕｂｏｉｓ，Ｌａｕｒｅｎｔ Ｖａｂｒｅ，Ａｌｂｅｒｔ−Ｃｌａｕｄｅ Ｂｏｃｃａｒａ，ａｎｄ Ｅｍｍａｎｕｅｌ Ｂｅａｕｒｅｐａｉｒｅ，“Ｈｉｇｈ−ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｕｌｌ−ｆｉｅｌｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ ａ Ｌｉｎｎｉｋ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ”，ＡＰＰＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４，１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２００２
【非特許文献６】
Ｍｉｃｈａｅｌ Ｂａｓｓ，Ｅｒｉｃ Ｗ．Ｖａｎ Ｓｔｒｙｌａｎｄ，Ｄａｖｉｄ Ｒ．Ｗｉｌｌｉａｍｓ，Ｗｉｌｌｉａｍ Ｌ．Ｗｏｌｆｅ，“ＨＡＮＤＢＯＯＫ ＯＦ ＯＰＴＩＣＳ”，３０．１６−３０．２１
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来のカプセル型内視鏡では、組織表面のみの観察に限られ、組織内部の断層画像が十分には測定できないといった問題があった。
【００１１】
本発明は、上記状況に鑑みて、カプセル型内視鏡と光波断層画像測定装置とを組み合わせて、組織表面の画像のみでなく組織内部の断層画像を確実に測定可能とする小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルを提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、カプセルカバー内に小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定装置とカプセル型内視鏡とを実装し、生体組織表面の画像のみでなく生体組織内部の断層画像も測定可能とすることを特徴とする。
【００１３】
〔２〕上記〔１〕記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記小型ミロー干渉系は、コリメートされた入射光を得る手段と、曲面と平面を有する第１のレンズとこの第１のレンズの平面側に配置されるハーフミラーとこのハーフミラー側に平面を有する曲面と平面を有する第２のレンズとからなる対物レンズと、この第２のレンズに対向する試料と、この試料と前記ハーフミラーを挟んで反対側の位置に前記第１のレンズに対向する微小ミラーとを具備し、前記入射光は、前記ハーフミラーで部分的に反射され、透過光は前記試料に照射され、前記試料からの反射光は信号光となり第２のレンズへ戻り、一方、前記ハーフミラーの反射光は前記微小ミラーにフォーカスされ、反射されて再度第１のレンズへ向かい、参照光となり、前記信号光と参照光は前記ハーフミラーで合波され出射方向へ戻るように構成したことを特徴とする。
【００１４】
〔３〕上記〔２〕記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記ハーフミラーに調整用コイルを備え、この調整用コイルの電流を変調して、前記微小ミラーとハーフミラー間距離を変化可能にすることを特徴とする。
【００１５】
〔４〕上記〔１〕記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記内視鏡の光源に近赤外領域低コヒーレンス光源および可視域の光源を具備することを特徴とする。
【００１６】
〔５〕上記〔４〕記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記内視鏡の光源に近赤外領域低コヒーレンス光源を用いてイメージセンサで生体組織を透過させ生体組織内部の観察を行うことを特徴とする。
【００１７】
〔６〕上記〔４〕記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記内視鏡の光源に可視域の光源を用いてイメージセンサにより生体組織の表面観察を行うことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
まず、本発明の新しい小型ミロー干渉系について説明する。
【００２０】
図８には従来のミロー干渉系（非特許文献４参照）が示されている。
【００２１】
この図に示すように、平行にコリメートされた光波３０１は対物レンズ３０２でフォーカスされてハーフミラー３０４に入射し、信号光になる。ハーフミラー３０４での透過光は物体表面３０５で反射して逆行し、再びハーフミラー３０４に達する。また、ハーフミラー３０４での反射光は、フォーカスされて対物レンズ３０２の表面にある微小なミラー３０３で反射して、再度ハーフミラー３０４に向かい、参照光となる。信号光と参照光はハーフミラー３０４で合波され光源へ戻る。
【００２２】
このとき、ミラー３０３とハーフミラー３０４間距離Ｌ１ が、ハーフミラー３０４と物体表面３０５の距離Ｌ２ に光源のコヒーレンス距離以内で等しいときに、２つの光は干渉する。これがミロー干渉系であり、実際に非特許文献５で報告されているように、位相シフト法（非特許文献６参照）を用いて、生体試料の断層画像測定に用いられている。
【００２３】
これに対して、本発明では、改良小型ミロー干渉系を用いる。
【００２４】
図１は本発明の実施例を示す小型ミロー干渉系の構成図である。
【００２５】
この図において、入射光１は、対物レンズに向かう。対物レンズは曲面と平面を有する第１のレンズ５とハーフミラー４と平面と曲面とからなる第２のレンズ６で構成されている。入射光１は、ハーフミラー４で部分的に反射され、透過光は試料７に照射され、その試料７からの反射光は信号光となり第２のレンズ６へ戻る。
【００２６】
一方、ハーフミラー４からの反射光はある平面２上にある微小ミラー３にフォーカスされ、反射されて再度第１のレンズ５へ向かい、参照光となる。信号光と参照光はハーフミラー４で合波され出射方向へ戻る。このとき、微小ミラー３と第１のレンズ５間の光学距離Ｌ１ ′が、ハーフミラー４と試料７間の光学距離Ｌ２ ′に光源のコヒーレンス距離以内で等しいときに、２つの光は干渉する。実際には、試料７と対物レンズとの距離は長い方が実用上大変便利であることは、試料７が対物レンズにぶつからない、凹凸のある物体も観察できるなどの点からも自明である。
【００２７】
このように、図８と図１を比べると明らかに、従来のミロー干渉系では、作動距離は焦点距離の半分であるが、本発明のミロー干渉系では、作動距離＝焦点距離であり、２倍に長くなることが分かる。
【００２８】
次に、本発明の実施例を示す小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルシステムについて説明する。
【００２９】
図２は本発明の実施例を示す小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルシステムの構成図である。
【００３０】
この図において、ＯＣＴ用の近赤外領域低コヒーレンス光源１２（例えばＬＥＤ）からの光は、レンズ１３でコリメートされ、プリズム１４で直角に進路を変えて、ビームスプリッター１５に向かう。ビームスプリッター１５の入射面の対面には光吸収の黒色物質１６が塗布されており、反射光が結像系に行くのを防ぐ。ビームスプリッター１５での反射光は対物レンズに向かう。
【００３１】
対物レンズは曲面と平面を有する第１のレンズ１９とハーフミラー２１と平面と曲面とを有する第２のレンズ２０とで構成されている。入射光は、ハーフミラー２１で部分的に反射され、透過光は試料２５に照射され、試料２５からの反射光は信号光となり第２のレンズ２０へ戻る。
【００３２】
一方、ハーフミラー２１からの反射光はビームスプリッター１５の平面上にある微小ミラー１８にフォーカスされ、反射されて再度第１のレンズ１９へ向かい参照光となる。信号光と参照光はハーフミラー２１で合波され、ビームスプリッター１５へ戻る。このとき、微小ミラー１８とハーフミラー２１間の光学距離が、ハーフミラー２１と試料２５の反射点または散乱点間の光学距離に光源１２のコヒーレンス距離以内で等しいときに、２つの光は干渉する。
【００３３】
２つの光波は結像レンズ２６で結像され、イメージセンサ２７で画像計測される。画像計測された画像データから、上記非特許文献５に述べられている位相シフト法を用いて、図３に示すような、試料の断層画像２５−１〔上記非特許文献２、図２では２５−１として表示〕が得られる。
【００３４】
ＯＣＴ測定には、生体組織への透過性から近赤外領域の光源１２が用いられるが、通常の表面測定には可視域の光源１１を用いる。これにより、生体組織の表面観察は、可視域の光源１１とイメージセンサ２７を用いることで可能となり、断層画像測定は近赤外域の光源１２とイメージセンサ２７、そして位相シフト法を用いることにより可能となる。
【００３５】
位相シフト法は、信号光路と参照光路の光路長を微妙に変化させて、２，３枚の画像を撮像して測定し、数値処理により断層画像を得る技術であるが、ここではその微妙な波長オーダーの変位を固定された磁石２２と調整用コイル２３、支持用ダンパ２４で行う。すなわち、調整用コイル２３の電流を変調して、微小ミラー１８とハーフミラー２１間距離を変化させるのである。また、表面観察時のピント合わせは調整用コイル２３の電流を制御して行う。
【００３６】
上記した本発明の光波断層画像測定装置に使用する光学部品は、特殊なものは一切必要としておらず、サイズ的にも１，２ミリのものが十分可能であり、全体の小型化が可能である。
【００３７】
次に、上記した改良小型ミロー干渉系を小型カプセルに組み込んだ新型カプセルについて説明する。
【００３８】
図４は本発明の実施例を示す改良小型ミロー干渉系を実装するカプセルの模式図である。
【００３９】
新型カプセルは、カプセルカバー３７内に、改良小型ミロー干渉系３１、画像信号処理部３２、給電部３３、信号送受信部３４、姿勢制御コイル３５、電力給電・アンテナコイル３６を配置しており、非特許文献３のように、薬品投与の機構を付加することも可能である。作動距離が長くとれるので、このような構成で十分、組織表面３７−１付近の断層画像の測定が可能である。
【００４０】
最後に、これを用いた全体の光波断層画像測定システムの説明を行う。
【００４１】
図５は本発明の実施例を示す全体の光波断層画像測定システムの模式図である。
【００４２】
平行磁界は、２つのコイルを平行に置き、電流を通すことによって得られることは一般的に知られている。従って、この図において、２つのコイル４２と４３、４４と４５、４６と４７の３組を流れる電流を制御装置４８、コンピュータ４９で制御して、中心に位置する人体４１での磁界を３次元的に制御する。
【００４３】
また、これらコイル４２〜４７をアンテナとして用いることによって、非特許文献３に開示されているような、人体４１内部でのカプセルの姿勢制御、画像・情報の送受信を行うことができる。よって、体外でコントローラ５０のレバー５１を操作しカプセルを制御して観察したい部位を探して、ボタン５２を押すとその部位のさらに奥の断層画像が測定できることになる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、カプセル型内視鏡と光波断層画像測定装置とを組み合わせて、組織表面の画像のみでなく組織内部の断層画像を測定可能とする小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルを提供することができる。
【００４６】
そして、本発明の小型化された高精度の小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルを用いれば、消化器系などの体内臓器の表面付近での癌の早期診断・治療に役立つなど、医学分野での貢献やその波及効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す小型ミロー干渉系の構成図である。
【図２】本発明の実施例を示す小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定用臨床カプセルシステムの構成図である。
【図３】本発明の光波断層画像測定装置を用いて撮像した通常の人の結腸の光波断層画像を示す図である。
【図４】本発明の実施例を示す改良小型ミロー干渉系を実装するカプセルの模式図である。
【図５】本発明の実施例を示す全体の光波断層画像測定システムの模式図である。
【図６】従来の体内に入るカプセル型内視鏡〔マイクロロボット潜水艇〕（その１）の模式図である。
【図７】従来の体内に入るカプセル型内視鏡〔マイクロロボット潜水艇〕（その２）の模式図である。
【図８】従来のミロー干渉系の模式図である。
【符号の説明】
１ 入射光
２ 平面
３，１８ 微小ミラー
４，２１ ハーフミラー
５，６，１３，１９，２０ レンズ
７，２５ 試料
１１ 可視域の光源
１２ ＯＣＴ用の近赤外領域低コヒーレンス光源（例えばＬＥＤ）
１４ プリズム
１５ ビームスプリッター
１６ 光吸収の黒色物質
２２ 固定された磁石
２３ 調整用コイル
２４ 支持用ダンパ
２５−１ 試料の断層画像
２６ 結像レンズ
２７ イメージセンサ
３１ 改良小型ミロー干渉系
３２ 画像信号処理部
３３ 給電部
３４ 信号送受信部
３５ 姿勢制御コイル
３６ 電力給電・アンテナコイル
３７ カプセルカバー
３７−１ 組織表面
４１ 人体
４２，４３：４４，４５：４６，４７ コイル
４８ 制御装置
４９ コンピュータ
５０ コントローラ
５１ レバー
５２ ボタン
Claims (6)
- カプセルカバー内に小型ミロー干渉系を用いた光波断層画像測定装置とカプセル型内視鏡とを実装し、生体組織表面の画像のみでなく生体組織内部の断層画像も測定可能とすることを特徴とする光波断層画像測定用臨床カプセル。
- 請求項１記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記小型ミロー干渉系は、コリメートされた入射光を得る手段と、曲面と平面を有する第１のレンズと該第１のレンズの平面側に配置されるハーフミラーと該ハーフミラー側に平面を有する曲面と平面を有する第２のレンズとからなる対物レンズと、該第２のレンズに対向する試料と、該試料と前記ハーフミラーを挟んで反対側の位置に前記第１のレンズに対向する微小ミラーとを具備し、前記入射光は、前記ハーフミラーで部分的に反射され、透過光は前記試料に照射され、前記試料からの反射光は信号光となり第２のレンズへ戻り、一方、前記ハーフミラーの反射光は前記微小ミラーにフォーカスされ、反射されて再度第１のレンズへ向かい、参照光となり、前記信号光と参照光は前記ハーフミラーで合波され出射方向へ戻るように構成したことを特徴とする光波断層画像測定用臨床カプセル。
- 請求項２記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記ハーフミラーに調整用コイルを備え、該調整用コイルの電流を変調して、前記微小ミラーとハーフミラー間距離を変化可能にすることを特徴とする光波断層画像測定用臨床カプセル。
- 請求項１記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記内視鏡の光源に近赤外領域低コヒーレンス光源および可視域の光源を具備することを特徴とする光波断層画像測定用臨床カプセル。
- 請求項４記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記内視鏡の光源に近赤外領域低コヒーレンス光源を用いてイメージセンサで生体組織を透過させ生体組織内部の観察を行うことを特徴とする光波断層画像測定用臨床カプセル。
- 請求項４記載の光波断層画像測定用臨床カプセルにおいて、前記内視鏡の光源に可視域の光源を用いてイメージセンサにより生体組織の表面観察を行うことを特徴とする光波断層画像測定用臨床カプセル。
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